Grobascheabscheider

Abstract

 Grobascheabscheider (22) zum Einbau in einen Rauchgaskanal, umfassend eine Siebanordnung mit einem ersten Siebabschnitt (32), der sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand im wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung des abströmseitigen Rauchgaskanals erstreckt, und einem sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand oberhalb an den ersten Siebabschnitt anschließenden zweiten Siebabschnitt, der zum ersten Siebabschnitt in Abströmrichtung geneigt ist.

Beschreibung

Zusatzblatt

[0001] Die prioritätsbegründende deutsche Patentanmeldung 10 2006 021 670.9 wurde zwischenzeitlich von der Lurgi Lentjes AG auf die Lentjes GmbH umgeschrieben. Eine Kopie der amtlichen Umschreibungsbestätigung wird anliegend eingereicht.

[0002] Die vorliegende europäische Patentanmeldung soll direkt im Namen der Lentjes GmbH erfolgen.

Grobascheabscheider

[0003] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grobascheabscheider zum Einbau in einen oder zum Anordnen an einem Rauchgaskanal eines Kraftwerks, wie beispielsweise ein Kohlekraftwerk, eine Müllverbrennungsanlage oder dergleichen.

[0004] Bei dem Verbrennungsprozeß in einem Kraftwerk der oben genannten Art werden Aschepartikel erzeugt, die teilweise direkt über einen Aschetrichter aus dem Verbrennungsraum abgezogen und teilweise von dem aus der Verbrennung resultierenden Abgas- bzw. Rauchgasstrom mitgerissen werden. Die von der Strömung mitgerissenen großvolumigen Aschepartikel, die auch als Large Particle Ash (LPA) oder als Popcorn Ash bezeichnet werden, können zu einer Verstopfung von nachfolgend angeordneten Anlagekomponenten, wie beispielsweise Katalysatoren, regenerativ arbeitende Luftvorwärmer oder dergleichen führen, wodurch die Funktion der entsprechenden Komponenten beeinträchtigt und unerwünschte Druckverluste erzeugt werden können. Die betroffenen Komponenten müssen dann entsprechend gereinigt oder ersetzt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Kraftwerks wiederherzustellen. Dies ist sowohl zeit- als auch kostenintensiv. Im ungünstigsten Fall müssen die Feuerungsanlagen des Kraftwerks zum Reinigen oder Austausch der verstopften Anlagenkomponenten sogar vollständig abgefahren werden, was zu erheblichen wirtschaftlichen Einbußen führt.

[0005] Um den Eintrag großvolumiger Aschepartikel in zu Verstopfungen neigende Anlagenteile zu verhindern, ist es bekannt, sogenannte Grobascheabscheider in den Rauchgaskanälen von Kraftwerken vorzusehen, welche die großvolumigen Aschepartikel abscheiden, bevor diese zu den entsprechenden Anlageteilen gelangen können. Derartige Grobascheabscheider können beispielsweise als Gitter, Netze oder als sonstige strömungstechnische Einbauten ausgebildet sein, die dazu geeignet sind, Aschepartikel aus dem Rauchgasstrom zu entfernen. Die mit Hilfe des Grobascheabscheiders abgeschiedenen großvolumigen Aschepartikel werden schließlich über eine geeignete Austrageinrichtung, wie beispielsweise einen Aschetrichter oder dergleichen entfernt.

[0006] Ein Grobascheabscheider der genannten Art ist beispielsweise in der WO-A-2004/001290 beschrieben. Der Grobascheabscheider ist stromauf eines Katalysators in einem Abschnitt eines Rauchgaskanals angeordnet und umfaßt ein Sieb, das sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Rauchgaskanals erstreckt, wobei das Sieb senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Rauchgaskanals oder auch geneigt dazu angeordnet sein kann. Das Sieb umfaßt im wesentlichen parallel zueinander verlaufende, stromaufwärts gerichtete, faltenartig angeordnete Flächenabschnitte, die eine Vergrößerung der Siebfläche bewirken, wodurch die Abscheideleistung des Grobascheabscheiders verbessert wird.

[0007] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Grobascheabscheider der genannten Art weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Grobascheabscheider nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.

[0008] Der Grobascheabscheider zum Einbau in einen oder zum Anordnen an einem Rauchgaskanal gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Siebanordnung mit einem ersten Siebabschnitt, der sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand im wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung des abströmseitigen Rauchgaskanals erstreckt. Erfindungsgemäß umfaßt die Siebanordnung ferner einen sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand oberhalb an den ersten Siebabschnitt anschließenden zweiten Siebabschnitt, der zum ersten Siebabschnitt geneigt ist. Diese mehrgeteilte und geneigt zueinander positionierte Siebanordnung trägt den im Bereich des Grobascheabscheiders vorherrschenden Strömungsverhältnissen Rechnung, was unter Bezugnahme auf Fig. 1 noch genauer beschrieben ist, wodurch die Abscheidung der Aschepartikel optimiert wird. Es wurde festgestellt, daß die großvolumigen Aschepartikel im wesentlichen auf zwei Wegen in den Rauchgaskanal gelangen können, nämlich zum einen durch direkten Strömungsmitriß und zum anderen durch Mitriß aus dem anströmseitig des Grobascheabscheiders vorgesehenen Aschetrichter. Dem direkten Strömungsmitriß wird im wesentlichen durch den zweiten Siebabschnitt der erfindungsgemäßen Siebanordnung begegnet. Die Aschepartikel prallen auf dem zweiten Siebabschnitt auf und werden von dort aus den geneigten Siebabschnitt hinabgleitend weiter in den Aschetrichter gefördert. Der erste Siebabschnitt der erfindungsgemäßen Siebanordnung verhindert hingegen im wesentlichen den massenmäßig dominierenden Partikeleintrag in den Rauchgaskanal durch Mitriß aus dem Aschetrichter.

[0009] Der Neigungswinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Siebabschnitt ist bevorzugt ≤ 40°, besser noch ≤ 30°, wodurch die Entstehung von Ablagerungen auf dem zweiten Siebabschnitt und somit ein Zusetzen des erfindungsgemäßen Grobascheabscheiders sicher verhindert wird.

[0010] Die Siebanordnung weist bevorzugt zumindest ein Spaltsieb auf, dessen Siebwirkung durch zahlreiche parallel zueinander angeordnete Stäbe realisiert wird. Die Ausrichtung der Stäbe gibt dabei die Richtung vor, in der auf das Spaltsieb aufprallende Aschepartikel abgleiten sollen. Der Abstand zwischen den einzelnen Stäben ist den mit Hilfe des Grobascheabscheiders abzuscheidenden Aschepartikelgrößen entsprechend bemessen. Sollen beispielsweise Aschepartikel mit einer Partikelgröße von 6,5 mm abgeschieden werden, so ist der Abstand zwischen den einzelnen Stäben des Spaltsiebs entsprechend kleiner zu wählen, zum Beispiel 6 mm.

[0011] Der erste Siebabschnitt weist bevorzugt mehrere gasdurchlässige, winkelig zueinander stehende, faltenartige Flächenabschnitte auf, wobei zwischen den faltenartigen Flächenabschnitten Zwickelräume gebildet sind, die abwechselnd auf einer Anströmseite und einer Abströmseite der Siebanordnung liegen. Die auf diese Weise erzeugte Faltenstruktur des ersten Siebabschnitts erzeugt eine große Anströmfläche, wodurch die Abscheideleistung verbessert wird. Gleichzeitig befinden sich die Flächenabschnitte des ersten Siebabschnitts weitgehend in einem Umfeld mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, was sich ebenfalls positiv auf das Abscheideverhalten des Grobascheabscheiders auswirkt. Geringe Rauchgasgeschwindigkeiten im Bereich des Siebes können sich insbesondere auch auf die Standzeiten auswirken, da die Erosion deutlich reduziert ist.

[0012] Der zweite Siebabschnitt schließt bevorzugt im wesentlichen bündig an die Oberkanten der faltenartigen Flächenabschnitte an, wobei der zweite Siebabschnitt zuströmseitig bevorzugt über die faltenartigen Flächenabschnitte vorspringt und diese teilweise abdeckt. Auf diese Weise wird eine ordnungsgemäße Funktionsweise des erfindungsgemäßen Grobascheabscheiders gewährleistet.

[0013] Die faltenartigen Flächenabschnitte sind an ihren anströmseitigen hinteren Umlenkstellen vorteilhaft jeweils über eine geschlossene Rinne miteinander verbunden, wobei die geschlossenen Rinnen als Auffangrinnen für die abgeschiedenen Aschepartikel dienen. Durch die Neigung der faltenartigen Flächenabschnitte werden die Aschepartikel von der Strömung in die nicht durchströmten geschlossenen Rinnen am Ende jedes Zwickelraums getragen. Durch die hier fehlenden Strömungskräfte werden diese dann der Schwerkraft folgend über die Rinnen in den anströmseitig des Grobascheabscheiders angeordneten Aschetrichter geleitet. Sind die faltenartigen Flächenabschnitte als Spaltsiebe ausgebildet, so sind die Stäbe der Spaltsiebe bevorzugt in Richtung der geschlossenen Rinnen ausgerichtet, wodurch der Austrageffekt über die geschlossenen Rinnen verstärkt wird.

[0014] Der erste und/oder der zweite Siebabschnitt besteht bevorzugt aus perforierten Blechen. Alternativ können die Stäbe der Spaltsiebe natürlich auch geschweißt oder auf andere Art und Weise erzeugt werden.

[0015] Schließlich umfaßt der erfindungsgemäße Grobascheabscheider bevorzugt eine Rüttel- oder Klopfeinrichtung, die den Grobascheabscheider bzw. die Siebanordnung im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand bewegt. Die Bewegungen der Siebanordnung führen dazu, daß an der Siebfläche anhaftende Aschepartikel abgeschüttelt werden. Die Rütteleinrichtung kann beispielsweise in Form einer Vibrationseinrichtung vorgesehen sein, welche die Siebanordnung mit einer geeigneten Frequenz vibrieren läßt. Auch kann die Siebanordnung bzw. der gesamte Grobascheabscheider im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand derart schwenkbar gehalten sein, daß die Siebanordnung unter Einfluß der Strömungskräfte gegen einen Anschlag oder dergleichen bewegt wird, wodurch an der Siebanordnung anhaftende Aschepartikel abgeklopft werden. Gegebenenfalls können auch Rückstellmittel in Form von Federn oder dergleichen vorgesehen sein, um eine hin und her schwenkende Bewegung zu realisieren. Bevorzugt erfolgt die Abreinigung jedoch durch die Klopfeinrichtung.

[0016] Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Grobascheabscheiders unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer beschrieben. Daran ist:

Fig. 1

eine schematische Teilansicht eines Kraftwerks mit einem Grobascheabscheider gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2

eine vergrößerte Ansicht des Grobascheabscheiders gemäß Fig. 1, welche die Gasströmung und den Aschepartikelstrom im Bereich des Ascheabscheiders schematisch darstellt;

Fig. 3

eine perspektivische Ansicht des Grobascheabscheiders und

Fig. 4

eine Seitenansicht des Grobascheabscheiders.

[0017] Fig. 1 zeigt schematisch einen Kraftwerksabschnitt mit einem Kessel 10, der eine einen Aschetrichter 12 aufweisende Brennkammer 14 sowie mehrere Wärmetauscher 16 umfaßt. Stromabwärts der Wärmetauscher ist ein weiterer Aschetrichter 18 vorgesehen, an den sich in Strömungsrichtung ein Rauchgaskanal 20 anschließt, der zu einem nicht dargestellten Entstickungs-Katalaysator führt. Im Übergangsbereich zwischen dem Aschetrichter 18 und dem Rauchgaskanal 20 ist ein Grobascheabscheider 22 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen.

[0018] Während des Betriebs des Kraftwerks werden bei der Verbrennung in der Brennkammer 14 Aschepartikel erzeugt, die zum Großteil unmittelbar über den Aschetrichter 12 abgezogen werden, was in Fig. 1 durch den Pfeil 24 schematisch angedeutet ist. Ein Teil der Aschepartikel wird jedoch von dem durch die Verbrennung erzeugten Rauchgasstrom in Richtung der Pfeile 26 zum Rauchgaskanal 20 mitgerissen. Um zu verhindern, daß großvolumige Aschepartikel über den Rauchgaskanal 20 zum Entstickungs-Katalysator gelangen und diesen verstopfen, werden diese großvolumigen Aschepartikel mit Hilfe des Grobascheabscheiders 22 abgeschieden, im Aschetrichter 18 gesammelt und anschließend abgeführt, was in Fig. 1 durch den Pfeil 28 schematisch angedeutet ist. Weisen die Katalysatorkanäle des Entstickungs-Katalysators beispielsweise einen freien Durchmesser von 6,5 mm auf, so werden mittels des Grobascheabscheiders 22 sämtliche Partikel abgeschieden, deren maximale Abmessung 6 mm übersteigt, wodurch die Funktionsweise des Entstickungs-Katalysators sichergestellt wird.

[0019] Eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 mit dem Kreis 30 gekennzeichneten Bereichs ist in Fig. 2 dargestellt. Eine perspektivische Ansicht des Grobascheabscheiders 22 ist in Fig. 3 und eine Seitenansicht des Grobascheabscheiders 22 in Fig. 4 dargestellt. Der Grobascheabscheider 22 umfaßt eine Siebanordnung mit einem ersten Siebabschnitt 32 und einem zweiten Siebabschnitt 34. Der erste Siebabschnitt 32 umfaßt mehrere winklig zueinander angeordnete, sich im wesentlichen senkrecht und bei der vorliegenden Ausführungsform entsprechend quer zur Erstreckungsrichtung des Rauchgaskanals 20 erstreckende Flächenabschnitte 36, zwischen denen Zwickelräume 38 gebildet sind, die abwechselnd auf einer Anströmseite und einer Abströmseite des Grobascheabscheiders 22 liegen. Zur Bildung der anströmseitigen Zwickelräume 38 sind die entsprechenden Flächenabschnitte 36 über geschlossene Rinnen 40 miteinander verbunden, wobei die Rinnenöffnung in Richtung der Anströmseite des Grobascheabscheiders 22 weist. Zur Bildung der abströmseitigen Zwickelräume 38 hingegen sind die entsprechenden Flächenabschnitte 36 über plattenartige Stirnelemente 42 miteinander verbunden. Die Stirnelemente können sowohl als Siebe als auch als geschlossene Bleche oder Platten ausgebildet sein. Die Flächenabschnitte 36 sind vorliegend als Spaltsiebe ausgebildet, die jeweils eine Vielzahl von parallel angeordneten Stäben umfassen. Die einzelnen Stäbe sind in Richtung der Rinnen 40, vorliegend also horizontal ausgerichtet, um ein Abgleiten von Aschepartikeln in Richtung der Rinnen 40 zu begünstigen, was nachfolgend noch näher erläutert ist. Der zweite Siebabschnitt 34 schließt sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Grobascheabscheiders 22 oberhalb an den ersten Siebabschnitt 32 an und ist in Bezug auf den ersten Siebabschnitt 32 in Abströmrichtung um einen Winkel α geneigt, wobei der Winkel α ≤ 40°, besser noch ≤ 30° ist. Der zweite Siebabschnitt 34 springt über die Flächenabschnitte 36 sowie über die Stirnelemente 42 vor, wodurch eine Abdeckung erzeugt wird, welche die anströmseitigen Zwickelräume 38 sowie die abströmseitigen Zwickelräume zumindest teilweise abdeckt. Auch der zweite Siebabschnitt 34 ist als Spaltsieb ausgebildet, wobei die das Spaltsieb bildenden Stäbe parallel zueinander angeordnet sind und sich im wesentlichen von unten aufwärts erstrecken. Durch diese Ausrichtung der Stäbe werden auf den zweiten Siebabschnitt 34 aufprallende Aschepartikel automatisch in Richtung des Aschetrichters 18 gefördert, was nachfolgend noch näher erläutert ist.

[0020] Fig. 2 zeigt schematisch die Gasströmung und die Aschepartikelbahnen im Bereich des bestimmungsgemäß eingebauten Grobascheabscheiders 22, wobei die Pfeile 44 die Gasströmung und die durchgezogenen Linien 46 die Aschepartikelbahnen repräsentieren. Die Gasströmung steht auf nahezu sämtlichen Bereichen des zweiten Siebabschnitts 34 im wesentlichen senkrecht, ausgenommen im obersten Teil, wo der Strömungsvektor auch eine Hangabtriebskomponente aufweist. Die Aschepartikel andererseits treffen durch ihre nahezu senkrechte Bewegungsrichtung im deutlichen Winkel auf den zweiten Siebabschnitt 34 und werden von hier abprallend in den Aschetrichter 18 gefördert, was durch die Ausrichtung der die Stegsiebplatte des zweiten Siebabschnitts 34 bildenden Stäbe begünstigt wird. Der zweite Siebabschnitt 34 dient somit im wesentlichen der Abscheidung von mit der Strömung mitgerissenen Partikeln.

[0021] Der faltenartig aufgebaute, sich im wesentlichen senkrecht erstreckende erste Siebabschnitt 32 dient hingegen im wesentlichen der Abscheidung von Aschepartikeln, die über den Aschetrichter 18 in Richtung des Rauchgaskanals 20 eingetragen werden. Die Aschepartikel prallen auf die Flächenabschnitte 36 der anströmseitigen Zwickelräume 38 und werden von dort aus mit der Strömung aufgrund der Neigung der Flächenabschnitte 36 und der Ausrichtung der die Stegsiebplatten der Flächenabschnitte 36 bildenden Stäbe in die Rinnen 40 gefördert, die am Ende jedes anströmseitigen Zwickelraums 38 vorgesehen sind. Durch die in den Rinnen 40 fehlenden Strömungskräfte werden die Aschepartikel dann der Schwerkraft folgend zurück in den Aschetrichter 18 geleitet. Die Bodenplatten 48 des Grobascheabscheiders 22 sind bevorzugt geschlossen ausgebildet, so daß durch diese keine Aschepartikel in den Rauchgaskanal 22 gelangen können.

[0022] An dieser Stelle sei angemerkt, daß die Ausrichtung des ersten Siebabschnitts 32 entsprechend der Ausrichtung des Rauchgaskanals 20 gewählt wird, nämlich im wesentlichen quer zu dieser. Im vorliegenden Fall ist die Ausrichtung des Rauchgaskanals 20 horizontal, weshalb sich die Flächenabschnitte 36 des ersten Siebabschnittes 32 im wesentlichen vertikal aufwärts erstrecken. Wird der Rauchgaskanal 20 hingegen in einem Winkel zur Horizontalen vorgesehen, so ändert sich bevorzugt die Erstreckungsrichtung der Flächenabschnitte 36 des ersten Siebabschnitts 32 entsprechend.

[0023] Der Grobascheabscheider 22 verfügt vorteilhaft über eine nicht dargestellte Rüttel- oder Klopfeinrichtung, über die der Grobascheabscheider 22 bewegt wird, um Aschepartikel zu lösen, die an den Siebabschnitten 32 und 34 hängen geblieben sind. Die Rütteleinrichtung kann beispielsweise über eine Vibrationseinrichtung realisiert werden, welche den Grobascheabscheider 22 in Schwingungen vorbestimmter Frequenz versetzt. Alternativ kann eine Klopfeinrichtung auf rein mechanischem Wege mit Hilfe einer schwenkbaren Aufhängung des Grobascheabscheiders 22, gegebenenfalls von entsprechenden Rückstellmitteln in Form von Federn oder dergleichen und eines Anschlags oder ähnlichem realisiert werden, wobei der Grobascheabscheider 22 durch die vorherrschende Strömung bewegt und gegen den Anschlag geklopft wird.

[0024] Es sollte klar sein, daß die zuvor beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Grobascheabscheiders 22 nicht einschränkend ist. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist. So müssen beispielsweise die Bodenplatten 48 nicht geschlossen sein. Eine Ausbildung als Sieb ist ebenfalls denkbar.

Bezugszeichenliste

[0025] 

10

Kessel

12

Aschetrichter

14

Brennkammer

16

Wärmetauscher

18

Aschetrichter

20

Rauchgaskanal

22

Grobascheabscheider

24

Pfeil

26

Pfeile

28

Pfeil

30

Kreis

32

erster Siebabschnitt

34

zweiter Siebabschnitt

36

Flächenabschnitte

38

Zwickelräume

40

Rinnen

42

Stirnelemente

44

Pfeile

46

Linien

48

Bodenplatten

50

α

Ansprüche

1. Grobascheabscheider (22) zum Einbau in einen oder zum Anordnen an einem Rauchgaskanal (20), umfassend eine Siebanordnung mit einem ersten Siebabschnitt (32), der sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand im wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung des abströmseitigen Rauchgaskanals (20) erstreckt, und einem sich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand oberhalb an den ersten Siebabschnitt (32) anschließenden zweiten Siebabschnitt (34), der zum ersten Siebabschnitt (32) in Abströmrichtung geneigt ist.

2. Grobascheabscheider (22) nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (α) ≤ 40° ist.

3. Grobascheabscheider (22) nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (α) ≤ 30° ist.

4. Grobascheabscheider (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siebanordnung zumindest ein Spaltsieb aufweist.

5. Grobascheabscheider (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Siebabschnitt mehrere gasdurchlässige, winkelig zueinander stehende, faltenartige Flächenabschnitte (36) aufweist, wobei zwischen den faltenartigen Flächenabschnitten (36) Zwickelräume (38) gebildet sind, die abwechselnd auf einer Anströmseite und einer Abströmseite der Siebanordnung liegen.

6. Grobascheabscheider (22) nach Anspruch 5, wobei sich der zweite Siebabschnitt (34) im wesentlichen bündig an die Oberkanten der faltenartigen Flächenabschnitte (36) anschließt.

7. Grobascheabscheider (22) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der zweite Siebabschnitt (34) zuströmseitig über die faltenartigen Flächenabschnitte (36) vorspringt.

8. Grobascheabscheider (22) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die faltenartigen Flächenabschnitte (36) an ihren anströmseitigen hinteren Umlenkstellen über geschlossene Rinnen (40) miteinander verbunden sind.

9. Grobascheabscheider (22) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der erste und/oder der zweite Siebabschnitt (32, 34) aus perforierten Blechen bestehen.

10. Grobascheabscheider (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Rüttel- oder Klopfeinrichtung aufweist.

11. Grobascheabscheider (22) nach Anspruch 10, wobei die Siebanordnung im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand beweglich gehalten ist.

Zeichnung